【摘要】：彎曲分汊淺灘是西南山區(qū)河流中普遍存在的灘險類型,該類型灘險成因復(fù)雜,治理難度大,其治理主要采取整治建筑物結(jié)合疏浚的措施開辟直槽通航,但采用傳統(tǒng)整治方法可能存在通航汊道表面流速增加形成急流灘的風(fēng)險。本文提出在彎道中布置轉(zhuǎn)流壩的整治思路,調(diào)整凹岸側(cè)下方逆坡段中的底流方向,增加其近底層垂線流速和紊動強(qiáng)度,調(diào)整汊道分流比,解決過渡段淺灘淤積問題。本文通過概化長江上游山區(qū)河流凸岸類彎道分汊淺灘河道形態(tài),采用Fluent的RNG k-?紊流模型結(jié)合VOF兩相流模型對70°彎道分汊河道進(jìn)行三維數(shù)值模擬,研究不同轉(zhuǎn)流壩方案對水流特性的影響,主要得出以下研究結(jié)論:(1)轉(zhuǎn)流壩的主要功能是通過壩體的擋水作用,改變分汊段中凹岸側(cè)下方逆坡段底流流向。方案四底流方向較方案前偏轉(zhuǎn)了13.7°,有利于凹岸側(cè)過渡段集中沖刷。(2)轉(zhuǎn)流壩使彎道與逆坡段內(nèi)流場重新分布,有效增大凹岸下方逆坡段近底層縱向垂線流速大小,雙轉(zhuǎn)流壩布置更有利于使凹岸側(cè)主槽內(nèi)底部泥沙獲得更大的動能,滿足泥沙起動條件。(3)轉(zhuǎn)流壩可有效調(diào)節(jié)汊道分流比,方案后凹岸側(cè)汊道分流比增大,較方案前凹岸側(cè)汊道分流比最多增加6.5%。(4)逆坡段垂向紊動強(qiáng)度沿水深呈“L”型分布,橫向紊動強(qiáng)度沿水深的分布先增大后減小再增大。從整體上看,橫向紊動強(qiáng)度要大于垂向紊動強(qiáng)度值。轉(zhuǎn)流壩可增大逆坡段近底層水流紊動強(qiáng)度,有利于改善過渡段淺灘淤積問題。(5)轉(zhuǎn)流壩的長度與個數(shù)對逆坡段水流結(jié)構(gòu)的改變有重要影響,當(dāng)轉(zhuǎn)流壩長度與數(shù)量增大時,縱向垂線流速與紊動強(qiáng)度隨之增大。研究發(fā)現(xiàn),L/B=0.3的雙轉(zhuǎn)流壩方案最有利改善過渡段泥沙落淤問題。本文轉(zhuǎn)流壩對水流特性的影響的研究成果,除了可以直接應(yīng)用于長江上游敘渝段航道治理外,還可以用于類似條件的山區(qū)河流,在河床演變、江河整治中具有參考價值。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U617
【圖文】：

工程應(yīng)用化是彎道水流調(diào)整的基礎(chǔ)，流速分布是彎道水流彎道凹岸沖刷和凸岸淤積的根本原因。因此，改淤積的關(guān)鍵所在。國內(nèi)外學(xué)者在改善彎道水流其中比較成功的環(huán)流建筑物是導(dǎo)流屏。以前導(dǎo)流富的實踐經(jīng)驗，所以在我國治河工程措施上還未種小型導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，用于改變近床流態(tài)重新分布水用于河流護(hù)岸工程。它們垂直于河床上與水流當(dāng)前水深的 1/5— 2/5。在彎道凹岸，其翼板相層導(dǎo)流屏受到了向凸岸推擠的力，在導(dǎo)流屏周圍。其作用是在水中激起次生環(huán)流，用以消除由河生環(huán)流改變原剪應(yīng)力大小和方向，在導(dǎo)流屏控制沙運(yùn)移的變化[14]。

其中灘槽交互區(qū)是聯(lián)系主槽和灘地的紐帶，是水流特性研究的重點(diǎn)研究區(qū)域。吉祖穩(wěn)結(jié)合水槽試驗結(jié)果對各區(qū)垂線流速分布特點(diǎn)作出以下結(jié)論：（1）在主槽平衡區(qū)以及灘地平衡區(qū)內(nèi)，不受灘地交互區(qū)的水流影響，垂線流速分布與一般明渠類似，滿足對數(shù)流速分布形式；（2）邊壁區(qū)垂線流速往往受到固體邊界的影響，最大流速不再位于自由表面而是水面以下某個位置，可以用一般明渠近壁水流垂線流速公式表達(dá)；（3）在灘槽交互區(qū)內(nèi)主槽最大流速出現(xiàn)在水面以下，但灘地垂線最大流速仍位于表面處。床面附近垂線流速仍滿足對數(shù)流速分布，但自由表面附近需要采用尾流函數(shù)修正。關(guān)于順直復(fù)式河道橫向流速[17]- [21]的分布特點(diǎn)主要是受到灘槽交界面水流相互作用的影響，灘槽水流相互作用具體表現(xiàn)為在灘槽交互區(qū)內(nèi)來自主槽與來自灘地側(cè)的水流由于流向不同，彼此水分子之間將產(chǎn)生大量碰撞，導(dǎo)致灘槽水流摻混發(fā)生動量交換，剪應(yīng)力增強(qiáng)，水流結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在流速間斷面。主槽內(nèi)流速將減小，而灘地內(nèi)流速增大。在灘槽交互區(qū)以外，受灘槽動量交換作用小，流速分布接近一般明渠。不少學(xué)者根據(jù)灘槽水流特點(diǎn)推導(dǎo)出漫灘水流流速二維分布，如王樹東[20]基于 reynolds equation 推導(dǎo)出的流速二維解析解。圖 1.

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2734097